2025年新能源技術(shù)研究生入學(xué)考試試題及答案一、單項(xiàng)選擇題（每題2分，共20分）1.鈣鈦礦太陽(yáng)能電池相比傳統(tǒng)晶硅電池的核心優(yōu)勢(shì)在于：A.理論轉(zhuǎn)換效率上限更低B.帶隙可調(diào)性顯著C.長(zhǎng)期穩(wěn)定性更優(yōu)D.制備成本更高2.以下哪種儲(chǔ)能技術(shù)屬于電化學(xué)儲(chǔ)能范疇？A.壓縮空氣儲(chǔ)能B.液流電池儲(chǔ)能C.飛輪儲(chǔ)能D.抽水蓄能3.堿性水電解制氫過(guò)程中，陽(yáng)極發(fā)生的主要反應(yīng)是：A.2H?+2e?→H?↑B.4OH?→O?↑+2H?O+4e?C.H?O→H?↑+1/2O?↑D.CO?+H?O→HCOOH+O?↑4.風(fēng)力發(fā)電中，雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)（DFIG）的主要特點(diǎn)是：A.轉(zhuǎn)子側(cè)僅需處理轉(zhuǎn)差功率，變換器容量小B.必須與電網(wǎng)嚴(yán)格同步，調(diào)速范圍窄C.無(wú)需齒輪箱，直接驅(qū)動(dòng)D.輸出電壓頻率固定，無(wú)法適應(yīng)風(fēng)速變化5.固態(tài)鋰電池中，常用的氧化物固態(tài)電解質(zhì)材料是：A.Li?La?Zr?O??（LLZO）B.聚環(huán)氧乙烷（PEO）C.Li??GeP?S??（LGPS）D.聚丙烯（PP）6.光熱發(fā)電中，塔式電站區(qū)別于槽式電站的關(guān)鍵特征是：A.使用拋物面槽式集熱器B.采用熔鹽作為傳熱介質(zhì)C.通過(guò)定日鏡群將光聚焦到中心吸熱塔D.主要用于分布式小規(guī)模發(fā)電7.生物質(zhì)能的熱化學(xué)轉(zhuǎn)換技術(shù)中，哪一過(guò)程需要嚴(yán)格控制氧氣供應(yīng)量？A.直接燃燒B.熱解C.氣化D.液化8.新能源微電網(wǎng)的“源-網(wǎng)-荷-儲(chǔ)”協(xié)調(diào)控制中，“荷”主要指：A.分布式電源B.儲(chǔ)能裝置C.用戶側(cè)用電負(fù)荷D.輸電網(wǎng)絡(luò)9.以下哪項(xiàng)是第三代光伏發(fā)電技術(shù)的典型代表？A.單晶硅電池B.銅銦鎵硒（CIGS）薄膜電池C.有機(jī)太陽(yáng)能電池D.疊層太陽(yáng)能電池（如鈣鈦礦-晶硅疊層）10.氫燃料電池（PEMFC）的質(zhì)子交換膜主要功能是：A.傳導(dǎo)電子B.隔離氫氣和氧氣C.催化電極反應(yīng)D.儲(chǔ)存反應(yīng)生成的水二、簡(jiǎn)答題（每題8分，共40分）1.簡(jiǎn)述鈉離子電池與鋰離子電池在工作原理、材料體系及應(yīng)用場(chǎng)景上的主要差異。2.解釋光伏組件的PID（電勢(shì)誘導(dǎo)衰減）效應(yīng)產(chǎn)生的機(jī)理，并列舉3種有效的防治措施。3.說(shuō)明全釩液流電池（VRFB）的核心結(jié)構(gòu)組成及其在大規(guī)模儲(chǔ)能中的優(yōu)勢(shì)。4.對(duì)比分析風(fēng)電領(lǐng)域中直驅(qū)式發(fā)電機(jī)與雙饋式發(fā)電機(jī)的技術(shù)特點(diǎn)及適用場(chǎng)景。5.闡述綠氫（通過(guò)可再生能源電解水制氫）在“雙碳”目標(biāo)中的戰(zhàn)略意義，并指出當(dāng)前制約其規(guī)?；瘧?yīng)用的主要技術(shù)瓶頸。三、計(jì)算題（每題15分，共30分）1.某光伏發(fā)電系統(tǒng)安裝容量為10MWp（峰值功率），當(dāng)?shù)啬昃逯等照招r(shí)數(shù)為1300h，系統(tǒng)效率（包括組件衰減、逆變器損耗、線路損耗等）為82%。試計(jì)算該系統(tǒng)的年發(fā)電量（單位：MWh），并說(shuō)明若采用跟蹤支架使峰值日照小時(shí)數(shù)提升15%，年發(fā)電量將增加多少？2.某磷酸鐵鋰儲(chǔ)能電站配置容量為500kWh，電池標(biāo)稱電壓3.2V，SOC（荷電狀態(tài)）工作范圍為20%-90%。若充電時(shí)輸入功率為200kW，充電效率92%；放電時(shí)輸出功率為180kW，放電效率95%。求：（1）電池組的標(biāo)稱容量（單位：Ah）；（2）完成一次完整充放電循環(huán)（從20%充至90%再放至20%）所需的充電時(shí)間和放電時(shí)間；（3）循環(huán)效率（放電能量/充電能量）。四、論述題（每題25分，共50分）1.結(jié)合當(dāng)前技術(shù)進(jìn)展，論述鈣鈦礦太陽(yáng)能電池面臨的主要挑戰(zhàn)（如穩(wěn)定性、大面積制備、鉛毒性等）及可能的解決路徑，并分析其與晶硅電池形成疊層結(jié)構(gòu)的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。2.從“制備-儲(chǔ)運(yùn)-應(yīng)用”全產(chǎn)業(yè)鏈角度，分析氫能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀，指出各環(huán)節(jié)的關(guān)鍵技術(shù)瓶頸，并提出推動(dòng)我國(guó)氫能產(chǎn)業(yè)規(guī)?；l(fā)展的具體建議（需結(jié)合材料、裝備、政策等層面）。---答案及解析一、單項(xiàng)選擇題1.B解析：鈣鈦礦電池的帶隙可通過(guò)組分調(diào)節(jié)（如改變I?、Br?比例），適配不同光譜，理論效率上限（約33%）高于單晶硅（約29.4%）；當(dāng)前穩(wěn)定性仍為主要短板；制備成本因低溫工藝更低。2.B解析：液流電池通過(guò)電解液中離子的氧化還原反應(yīng)儲(chǔ)能，屬于電化學(xué)儲(chǔ)能；其余選項(xiàng)分別為物理儲(chǔ)能（壓縮空氣、抽水）、機(jī)械儲(chǔ)能（飛輪）。3.B解析：堿性電解槽中，陽(yáng)極（氧化反應(yīng)）為OH?失電子生成O?，陰極（還原反應(yīng)）為H?O得電子生成H?。4.A解析：雙饋發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子通過(guò)變換器連接電網(wǎng)，僅需處理轉(zhuǎn)差功率（約20%-30%額定功率），變換器容量??；調(diào)速范圍寬（通常為同步轉(zhuǎn)速的±30%）；需齒輪箱升速；輸出頻率可通過(guò)變換器調(diào)節(jié)。5.A解析：LLZO是典型氧化物固態(tài)電解質(zhì)；PEO為聚合物電解質(zhì)；LGPS為硫化物電解質(zhì)；PP為隔膜材料。6.C解析：塔式電站通過(guò)定日鏡群將光聚焦到中心吸熱塔，集熱溫度更高（可達(dá)1000℃以上）；槽式使用拋物面槽式集熱器，溫度較低（約400℃）。7.B解析：熱解需在無(wú)氧或缺氧條件下加熱，生成生物炭、生物油和燃?xì)?；氣化需少量氧氣參與部分氧化；直接燃燒為充分氧化。8.C解析：“荷”指用戶側(cè)用電負(fù)荷，需與“源”（電源）、“網(wǎng)”（電網(wǎng)）、“儲(chǔ)”（儲(chǔ)能）協(xié)調(diào)，實(shí)現(xiàn)供需平衡。9.D解析：第三代光伏技術(shù)以疊層電池為代表，通過(guò)多結(jié)電池拓寬光譜吸收，突破單結(jié)Shockley-Queisser極限；單晶硅為第一代，CIGS為第二代，有機(jī)電池屬探索階段。10.B解析：質(zhì)子交換膜（如Nafion膜）允許H?通過(guò)，同時(shí)隔離氫氣和氧氣防止短路；電子通過(guò)外電路傳導(dǎo)，催化反應(yīng)由催化劑層完成。二、簡(jiǎn)答題1.差異分析：（1）工作原理：均基于“搖椅式”嵌脫機(jī)制，但Na?半徑（0.102nm）大于Li?（0.076nm），導(dǎo)致擴(kuò)散動(dòng)力學(xué)較慢。（2）材料體系：正極常用層狀氧化物（如NaNi?.?Mn?.?O?）或普魯士藍(lán)類似物（成本低）；負(fù)極可采用硬碳（替代鋰電石墨）；電解液為鈉鹽（如NaClO?）。（3）應(yīng)用場(chǎng)景：鈉資源豐富（地殼豐度2.36%vs鋰0.0065%），成本低，適合對(duì)能量密度要求不高的場(chǎng)景（如電網(wǎng)儲(chǔ)能、低速電動(dòng)車）；鋰電則用于高能量密度需求（如電動(dòng)汽車）。2.PID效應(yīng)機(jī)理與防治：機(jī)理：組件長(zhǎng)期在高負(fù)偏壓下（相對(duì)于地），玻璃中的Na?向電池表面遷移，在減反膜和硅界面積累，導(dǎo)致載流子復(fù)合增加，效率衰減。防治措施：①使用高阻水、高耐電壓的封裝材料（如含氟背板）；②優(yōu)化組件接地設(shè)計(jì)，降低系統(tǒng)偏壓；③采用無(wú)鈉玻璃或表面涂層抑制Na?析出；④開(kāi)發(fā)抗PID電池（如N型TOPCon電池）。3.全釩液流電池結(jié)構(gòu)與優(yōu)勢(shì)：核心結(jié)構(gòu)：由電堆（包含質(zhì)子交換膜、電極、雙極板）、電解液儲(chǔ)罐（含V2?/V3?和VO2?/VO??溶液）、循環(huán)泵及管路組成。優(yōu)勢(shì)：①容量與功率獨(dú)立（通過(guò)增加電解液量擴(kuò)容）；②循環(huán)壽命長(zhǎng)（>10000次）；③安全性高（水溶液無(wú)燃爆風(fēng)險(xiǎn)）；④環(huán)境友好（電解液可回收），適合百兆瓦級(jí)長(zhǎng)時(shí)間儲(chǔ)能（4-12h）。4.直驅(qū)與雙饋發(fā)電機(jī)對(duì)比：直驅(qū)式：采用多極永磁同步發(fā)電機(jī)，無(wú)齒輪箱，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、維護(hù)少；但體積大、成本高，適用于低風(fēng)速、對(duì)可靠性要求高的場(chǎng)景（如海上風(fēng)電）。雙饋式：通過(guò)齒輪箱增速，發(fā)電機(jī)體積小、成本低；但齒輪箱易故障，需變換器控制，適用于中高風(fēng)速、電網(wǎng)條件較好的陸上風(fēng)電。5.綠氫戰(zhàn)略意義與瓶頸：戰(zhàn)略意義：綠氫是可再生能源的“能量載體”，可消納風(fēng)電、光伏的間歇性電力；替代化石燃料制氫（灰氫、藍(lán)氫），助力工業(yè)（如鋼鐵、化工）、交通（重卡、航運(yùn)）脫碳。技術(shù)瓶頸：①電解水制氫效率（堿性/質(zhì)子交換膜電解槽的電耗約4.5-5.5kWh/Nm3，仍需降低）；②關(guān)鍵材料（如PEM電解槽的Ir催化劑稀缺）；③儲(chǔ)運(yùn)成本高（氣態(tài)儲(chǔ)運(yùn)壓力高，液氫需-253℃，管道建設(shè)不足）；④終端應(yīng)用技術(shù)（如氫燃料電池壽命、成本）。三、計(jì)算題1.年發(fā)電量計(jì)算：（1）初始年發(fā)電量=10MWp×1300h×82%=10×1300×0.82=10660MWh。（2）跟蹤支架提升后峰值日照小時(shí)數(shù)=1300×(1+15%)=1495h，新增發(fā)電量=10×(1495-1300)×0.82=10×195×0.82=1599MWh。2.儲(chǔ)能系統(tǒng)計(jì)算：（1）標(biāo)稱容量=500kWh/(3.2V×(90%-20%))=500000Wh/(3.2V×0.7)=500000/(2.24)=223214.29Ah≈223214Ah（注：實(shí)際中電池組由多串并聯(lián)構(gòu)成，此處為簡(jiǎn)化計(jì)算）。（2）充電時(shí)間=儲(chǔ)能容量×(90%-20%)/（充電功率×充電效率）=500kWh×0.7/(200kW×0.92)=350/184≈1.90h；放電時(shí)間=儲(chǔ)能容量×(90%-20%)/（放電功率×放電效率）=350kWh/(180kW×0.95)=350/171≈2.05h。（3）循環(huán)效率=（放電能量）/（充電能量）=（350kWh×0.95）/（350kWh/0.92）=0.95×0.92=0.874（或87.4%）。四、論述題1.鈣鈦礦電池挑戰(zhàn)與疊層優(yōu)勢(shì)：挑戰(zhàn)：①穩(wěn)定性：鈣鈦礦材料易受水、氧、光、熱侵蝕（如MAPbI?在85℃下500h效率衰減50%），需通過(guò)組分工程（如用Cs?替代MA?）、界面鈍化（如引入2D層）提升穩(wěn)定性；②大面積制備：小面積實(shí)驗(yàn)室效率（>26%）與大面積組件（<20%）存在“尺寸效應(yīng)”，需開(kāi)發(fā)狹縫涂布、氣相沉積等均勻成膜技術(shù)；③鉛毒性：Pb2?泄漏可能污染環(huán)境，可探索無(wú)鉛鈣鈦礦（如Sn基）或封裝技術(shù)（如玻璃-玻璃封裝）降低風(fēng)險(xiǎn)。疊層優(yōu)勢(shì)：鈣鈦礦（帶隙1.5-1.6eV）與晶硅（1.1eV）形成兩端疊層，可拓寬光譜吸收（鈣鈦礦吸收短波光，晶硅吸收長(zhǎng)波光），理論效率超43%（單結(jié)晶硅約29.4%）；且鈣鈦礦層可在低溫（<150℃）制備，兼容現(xiàn)有晶硅產(chǎn)線，降低疊層電池成本。2.氫能全產(chǎn)業(yè)鏈分析與建議：現(xiàn)狀與瓶頸：-制備環(huán)節(jié)：當(dāng)前95%為灰氫（化石燃料制氫），綠氫占比不足1%；堿性電解槽成本低（約2000-3000元/kW）但效率低，PEM電解槽效率高（>75%）但依賴Ir/Ru催化劑（成本占比30%）。-儲(chǔ)運(yùn)環(huán)節(jié)：氣態(tài)儲(chǔ)運(yùn)（20MPa長(zhǎng)管拖車）成本約3-5元/kg·100km，液氫（-253℃）儲(chǔ)運(yùn)成本低但液化能耗高（約15-20kWh/kg）；固態(tài)儲(chǔ)運(yùn)（金屬氫化物）容量低（<2wt%），管道運(yùn)輸（混氫比例<20%）技術(shù)待突破。-應(yīng)用環(huán)節(jié)：交通領(lǐng)域（氫燃料電池車）成本高（電堆約5000元/kWvs鋰電約1000元/kWh），基礎(chǔ)設(shè)施（加氫站建設(shè)成本約1200萬(wàn)元/座）不足；工業(yè)領(lǐng)域（如氫冶金）需改造現(xiàn)有流程（如高爐→直接還原爐）。發(fā)展建議：-材料與裝備：開(kāi)發(fā)低Ir/Pt催化劑（如合金化、單